การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ การชุบแข็ง และการหลอมโลหะแบบเหนี่ยวนำ

ประเภทของการทำความร้อนที่สมบูรณ์แบบที่สุดคือประเภทที่ความร้อนถูกสร้างขึ้นโดยตรงในร่างกายที่ได้รับความร้อน วิธีการให้ความร้อนนี้ทำได้ดีมากโดยการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านร่างกาย อย่างไรก็ตาม โดยตรง - การรวมร่างกายที่มีความร้อนไว้ในวงจรไฟฟ้านั้นไม่สามารถทำได้ด้วยเหตุผลทางเทคนิคและการปฏิบัติ

ในกรณีเหล่านี้ การให้ความร้อนที่สมบูรณ์แบบสามารถรับรู้ได้โดยใช้การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งความร้อนจะถูกสร้างขึ้นในตัวส่วนที่ให้ความร้อนด้วย ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็นซึ่งโดยปกติจะมีปริมาณมากในผนังของเตาเผาหรือในองค์ประกอบความร้อนอื่นๆ ดังนั้นแม้จะมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำในการสร้างกระแสที่เพิ่มขึ้นและความถี่สูง แต่ประสิทธิภาพโดยรวมของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำมักจะสูงกว่า ด้วยวิธีการให้ความร้อนอื่นๆ.

วิธีการเหนี่ยวนำยังช่วยให้ร่างกายที่ไม่ใช่โลหะได้รับความร้อนอย่างรวดเร็วอย่างสม่ำเสมอตลอดความหนาการนำความร้อนที่ไม่ดีของร่างกายดังกล่าวไม่รวมความเป็นไปได้ที่ชั้นในจะร้อนอย่างรวดเร็วด้วยวิธีปกตินั่นคือโดยการจ่ายความร้อนจากภายนอก ในวิธีการเหนี่ยวนำ ความร้อนจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกันทั้งในชั้นนอกและชั้นใน และอาจมีความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปของชั้นหลังหากไม่ได้ทำฉนวนกันความร้อนที่จำเป็นของชั้นนอก

คุณสมบัติที่มีค่าอย่างยิ่งของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำคือความเป็นไปได้ของพลังงานที่มีความเข้มข้นสูงมากในร่างกายที่ร้อน ซึ่งตอบสนองต่อการจ่ายยาที่แม่นยำได้ง่าย เท่านั้น อาร์คไฟฟ้า สามารถรับลำดับความหนาแน่นของพลังงานได้เหมือนกัน แต่วิธีการให้ความร้อนนี้ควบคุมได้ยาก

ลักษณะเฉพาะและข้อได้เปรียบที่รู้จักกันดีของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำได้สร้างโอกาสมากมายสำหรับการประยุกต์ใช้ในหลายอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณสร้างโครงสร้างประเภทใหม่ที่ไม่สามารถทำได้สำหรับวิธีการอบชุบแบบทั่วไป

กระบวนการทางกายภาพ

ในเตาและอุปกรณ์เหนี่ยวนำความร้อนในตัวนำความร้อนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมาโดยกระแสที่เหนี่ยวนำโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ด้วยวิธีนี้ความร้อนโดยตรงจะเกิดขึ้นที่นี่

การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำของโลหะขึ้นอยู่กับกฎทางกายภาพสองข้อ: กฎของฟาราเดย์-แมกซ์เวลล์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และกฎจูล-เลนซ์ วางตัวเครื่องโลหะ (ช่องว่าง ชิ้นส่วน ฯลฯ) สนามแม่เหล็กสลับซึ่งกระตุ้นลมบ้าหมูในตัวพวกเขา สนามไฟฟ้า… EMF ของการเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ภายใต้การกระทำของ EMF เหนี่ยวนำ กระแสน้ำวน (ปิดภายในร่างกาย) ไหลในร่างกาย ปล่อยความร้อน ตามกฎหมายจูล-เลนซ์… EMF นี้ถูกสร้างขึ้นในโลหะ กระแสสลับพลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาจากกระแสเหล่านี้ทำให้โลหะร้อนขึ้น การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำโดยตรงและไม่สัมผัส ช่วยให้คุณเข้าถึงอุณหภูมิที่เพียงพอในการหลอมโลหะและโลหะผสมที่ทนไฟได้มากที่สุด

การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำแบบเข้มข้นนั้นเกิดขึ้นได้เฉพาะในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเข้มและความถี่สูงซึ่งสร้างขึ้นโดยอุปกรณ์พิเศษ - ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำใช้พลังงานจากเครือข่าย 50 Hz (การติดตั้งความถี่อุตสาหกรรม) หรือโดยแหล่งพลังงานแยกต่างหาก - เครื่องกำเนิดและตัวแปลงความถี่กลางและสูง

ตัวเหนี่ยวนำที่ง่ายที่สุดของอุปกรณ์ทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำทางอ้อมความถี่ต่ำคือลวดหุ้มฉนวน (ขยายหรือขด) ที่วางอยู่ภายในท่อโลหะหรือวางทับบนพื้นผิว เมื่อกระแสไหลผ่านลวดตัวเหนี่ยวนำในท่อ จะเกิดความร้อนขึ้น กระแสน้ำวน… ความร้อนจากท่อ (อาจเป็นเบ้าหลอม ภาชนะก็ได้) จะถูกถ่ายโอนไปยังตัวกลางที่ให้ความร้อน (น้ำที่ไหลผ่านท่อ อากาศ ฯลฯ)

การเหนี่ยวนำความร้อนและการชุบแข็งของโลหะ

ความร้อนเหนี่ยวนำโดยตรงของโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่ความถี่ปานกลางและสูง สำหรับสิ่งนี้จะใช้ตัวเหนี่ยวนำที่มีการออกแบบพิเศษ ตัวเหนี่ยวนำส่งเสียง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งตกลงบนร่างกายที่ร้อนและตายในนั้น พลังงานของคลื่นที่ดูดซับจะเปลี่ยนเป็นความร้อนในร่างกาย ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนยิ่งสูง รูปร่างของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา (แบน ทรงกระบอก ฯลฯ) จะใกล้เคียงกับรูปร่างของร่างกายมากขึ้น ดังนั้นตัวเหนี่ยวนำแบบแบนจึงถูกใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ตัวแบบแบน ตัวเหนี่ยวนำแบบทรงกระบอก (โซลินอยด์) จึงใช้สำหรับชิ้นงานทรงกระบอกในกรณีทั่วไป พวกมันสามารถมีรูปร่างที่ซับซ้อนได้เนื่องจากความต้องการรวมพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไปในทิศทางที่ต้องการ

ลักษณะเฉพาะของการป้อนพลังงานเหนี่ยวนำคือความสามารถในการควบคุมการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของโซนการไหล กระแสน้ำวน.

ประการแรก กระแสน้ำวนจะไหลในพื้นที่ที่ครอบคลุมโดยตัวเหนี่ยวนำ เฉพาะส่วนของร่างกายที่สัมผัสกับตัวเหนี่ยวนำเท่านั้นที่จะถูกทำให้ร้อน โดยไม่คำนึงถึงขนาดโดยรวมของร่างกาย

ประการที่สอง ความลึกของโซนการไหลเวียนของกระแสไหลวนและดังนั้นโซนการปลดปล่อยพลังงานจะขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสเหนี่ยวนำ (เพิ่มขึ้นที่ความถี่ต่ำและลดลงตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น) ท่ามกลางปัจจัยอื่นๆ

ประสิทธิภาพของการถ่ายโอนพลังงานจากตัวเหนี่ยวนำไปยังกระแสความร้อนขึ้นอยู่กับขนาดของช่องว่างระหว่างพวกมันและเพิ่มขึ้นเมื่อมันลดลง

การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำใช้สำหรับการชุบแข็งพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เหล็ก โดยการให้ความร้อนแก่พลาสติกที่เสียรูป (การตีขึ้นรูป การปั๊ม การกด ฯลฯ) การหลอมโลหะ การอบชุบด้วยความร้อน (การหลอม การอบคืนตัว การทำให้เป็นมาตรฐาน การชุบแข็ง) การเชื่อม การฝังชั้น การประสานโลหะ

การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำทางอ้อมใช้สำหรับอุปกรณ์ในกระบวนการให้ความร้อน (ท่อ ภาชนะ ฯลฯ) สื่อของเหลวที่ให้ความร้อน สารเคลือบแห้ง วัสดุ (เช่น ไม้) พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของการติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำคือความถี่ สำหรับแต่ละกระบวนการ (การชุบแข็งผิวด้วยความร้อน) จะมีช่วงความถี่ที่เหมาะสมที่สุดซึ่งให้ตัวบ่งชี้ทางเทคโนโลยีและเศรษฐกิจที่ดีที่สุด ความถี่ตั้งแต่ 50 Hz ถึง 5 MHz ใช้สำหรับการเหนี่ยวนำความร้อน

ข้อดีของการเหนี่ยวนำความร้อน

1) การถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าโดยตรงไปยังร่างกายที่ร้อนทำให้วัสดุนำไฟฟ้าได้รับความร้อนโดยตรง ในกรณีนี้ อัตราการให้ความร้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการติดตั้งที่มีการกระทำโดยอ้อม โดยที่ผลิตภัณฑ์จะได้รับความร้อนจากพื้นผิวเท่านั้น

2) การถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าโดยตรงไปยังร่างกายที่ร้อนไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์สัมผัส สะดวกในสภาวะการผลิตแบบอัตโนมัติเมื่อใช้สุญญากาศและอุปกรณ์ป้องกัน

3) เนื่องจากปรากฏการณ์ของพื้นผิว พลังงานสูงสุดจะถูกปล่อยออกมาในชั้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่ให้ความร้อน ดังนั้นการเหนี่ยวนำความร้อนระหว่างการทำความเย็นจึงให้ความร้อนอย่างรวดเร็วที่ชั้นผิวของผลิตภัณฑ์ สิ่งนี้ทำให้สามารถได้รับความแข็งผิวสูงของชิ้นส่วนด้วยตัวกลางที่ค่อนข้างหนืด การชุบแข็งผิวแบบเหนี่ยวนำทำได้เร็วกว่าและประหยัดกว่าการชุบผิวด้วยวิธีอื่น

4) การเหนี่ยวนำความร้อนในกรณีส่วนใหญ่ช่วยเพิ่มผลผลิตและปรับปรุงสภาพการทำงาน

เตาหลอมเหนี่ยวนำ

เตาหรืออุปกรณ์เหนี่ยวนำสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นหม้อแปลงชนิดหนึ่งที่ขดลวดปฐมภูมิ (ตัวเหนี่ยวนำ) เชื่อมต่อกับแหล่งกระแสสลับและตัวความร้อนเองทำหน้าที่เป็นขดลวดทุติยภูมิ

กระบวนการทำงานของเตาหลอมแบบเหนี่ยวนำนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการเคลื่อนที่แบบอิเล็กโทรไดนามิกและความร้อนของโลหะเหลวในอ่างหรือถ้วยใส่ตัวอย่าง ซึ่งมีส่วนช่วยให้ได้โลหะที่มีองค์ประกอบเดียวกันและอุณหภูมิที่สม่ำเสมอตลอดปริมาตร รวมทั้งมีของเสียจากโลหะน้อย (น้อยกว่าหลายเท่า กว่าในเตาอาร์คเล็กน้อย)

เตาหลอมเหนี่ยวนำใช้ในการผลิตงานหล่อ รวมถึงการขึ้นรูปจากเหล็กกล้า เหล็กหล่อ โลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะผสม

เตาหลอมเหนี่ยวนำสามารถแบ่งออกเป็นเตาหลอมช่องความถี่อุตสาหกรรมและเตาหลอมเบ้าหลอมความถี่กลางและความถี่สูง

เตาท่อเหนี่ยวนำเป็นหม้อแปลงไฟฟ้า โดยปกติจะอยู่ที่ความถี่ไฟฟ้า (50 Hz) ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงเป็นขดลวดโลหะที่หลอมเหลว โลหะถูกปิดในช่องวัสดุทนไฟรูปวงแหวน

ฟลักซ์แม่เหล็กหลักทำให้เกิด EMF ในโลหะของช่องสัญญาณ EMF จะสร้างกระแส กระแสไฟฟ้าทำให้โลหะร้อนขึ้น ดังนั้นเตาช่องสัญญาณเหนี่ยวนำจึงคล้ายกับหม้อแปลงที่ทำงานในโหมดลัดวงจร

ตัวเหนี่ยวนำของเตาช่องทำจากท่อทองแดงตามยาว, ระบายความร้อนด้วยน้ำ, ส่วนช่องของเตาไฟถูกระบายความร้อนด้วยพัดลมหรือโดยระบบอากาศส่วนกลาง

เตาเหนี่ยวนำช่องทางได้รับการออกแบบสำหรับการทำงานต่อเนื่องโดยมีการเปลี่ยนแปลงที่หายากจากโลหะประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่ง เตาเหนี่ยวนำแบบช่องสัญญาณส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการหลอมอลูมิเนียมและโลหะผสม รวมทั้งทองแดงและโลหะผสมบางส่วน เตาหลอมรุ่นอื่นๆ นั้นมีความเฉพาะเจาะจงในการเป็นเครื่องผสมสำหรับการจับและให้ความร้อนแก่เหล็กเหลว โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก และโลหะผสม ก่อนการหล่อในแม่พิมพ์หล่อ

การทำงานของเตาหลอมถ้วยใส่ตัวอย่างแบบเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับการดูดซับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยประจุไฟฟ้า เซลล์ถูกวางไว้ภายในขดลวดทรงกระบอก - ตัวเหนี่ยวนำ จากมุมมองทางไฟฟ้า เตาหลอมเบ้าหลอมแบบเหนี่ยวนำคือหม้อแปลงอากาศที่ลัดวงจรซึ่งมีขดลวดทุติยภูมิเป็นประจุไฟฟ้า

เตาหลอมเบ้าหลอมแบบเหนี่ยวนำส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการหลอมโลหะหล่อขึ้นรูปในโหมดการทำงานแบบแบทช์ และโดยไม่คำนึงถึงโหมดการทำงาน สำหรับการหลอมโลหะผสมบางชนิด เช่น บรอนซ์ ซึ่งส่งผลเสียต่อเยื่อบุของเตาหลอมแบบช่อง